Најважније из лекције
Излазни рад (\(A\)): Минимална енергија потребна електрону да напусти метал (\(1\text{ eV} = 1{,}6 \cdot 10^{-19}\text{ J}\)).
Контактна разлика потенцијала: Напон који настаје на споју два различита метала услед преласка електрона из метала са мањим у метал са већим излазним радом (и услед дифузије због различитих концентрација електрона).
Термопар: Затворено струјно коло састављено од два различита проводника. Разлика у температури између њихових спојева ствара напон и покреће термоелектричну струју. Користи се за прецизно мерење температуре од \(-270\text{ }^\circ\text{C}\) до \(+2300\text{ }^\circ\text{C}\).
Контактна разлика потенцијала: Напон који настаје на споју два различита метала услед преласка електрона из метала са мањим у метал са већим излазним радом (и услед дифузије због различитих концентрација електрона).
Термопар: Затворено струјно коло састављено од два различита проводника. Разлика у температури између њихових спојева ствара напон и покреће термоелектричну струју. Користи се за прецизно мерење температуре од \(-270\text{ }^\circ\text{C}\) до \(+2300\text{ }^\circ\text{C}\).
Најмања енергија коју електрон мора да утроши да би савладао привлачне електричне силе кристалне решетке и напустио површину метала.
Електронволт (\(\text{eV}\)) или џул (\(\text{J}\)).
\[ 1\text{ eV} = 1{,}6 \cdot 10^{-19}\text{ C} \cdot 1\text{ V} = 1{,}6 \cdot 10^{-19}\text{ J} \]
Вредност излазног рада зависи од врсте метала (нпр. од \(2{,}3\text{ eV}\) за калијум до \(5{,}9\text{ eV}\) за осмијум).
Излазни рад за одређени метал износи \(2\text{ eV}\). Колика је та енергија изражена у џулима?
\(A = 2\text{ eV} = 2 \cdot 1{,}6 \cdot 10^{-19}\text{ J} = 3{,}2 \cdot 10^{-19}\text{ J}\).
Напон који се јавља на додирној површини (споју) две различите врсте метала.
Механизам настанка: Силе које задржавају електроне су јаче у металу са већим излазним радом. Због тога електрони прелазе из метала са мањим излазним радом у метал са већим излазним радом.
- Метал са мањим излазним радом губи електроне и постаје позитивно наелектрисан.
- Метал са већим излазним радом добија електроне и постаје негативно наелектрисан.
На контактни напон утиче и разлика у концентрацији слободних електрона, која доводи до дифузије електрона из плоче веће у плочу мање концентрације. Вредност напона се креће од неколико десетих делова волта до неколико волти.
Ако се споје плочице од калијума (\(A_1 = 2{,}3\text{ eV}\)) и осмијума (\(A_2 = 5{,}9\text{ eV}\)), који метал ће се наелектрисати позитивно, а који негативно?
Електрони прелазе из метала са мањим у метал са већим излазним радом. Пошто калијум има мањи излазни рад, он губи електроне и наелектрише се позитивно, док осмијум прима електроне и постаје негативно наелектрисан.
Ако се жице од два различита метала споје на оба краја и затворе у струјно коло:
- Када су оба споја на истој температури, контактни напони су једнаки и супротно усмерени, па кроз коло не протиче струја.
- Када је један спој на вишој температури од другог, повећава се концентрација и покретљивост слободних електрона на том споју, контактни напони више нису једнаки и кроз коло протиче електрична струја.
Термопар: Уређај (сензор) који ради на овом принципу и користи се за прецизно мерење температуре.
Предности термопарова над обичним термометрима са флуидом:
- Већа прецизност: реда величине десетих делова степена.
- Широк мерни опсег: од \(-270\text{ }^\circ\text{C}\) до \(+2300\text{ }^\circ\text{C}\).
Како се може употребити затворено коло од две различите металне жице да бисмо детектовали пламен свеће?
Један спој жица се постави у пламен свеће, док други остаје на собној температури. Због температурне разлике јавља се термоелектрични напон и кроз коло тече струја коју можемо регистровати мерним инструментом (галванометром).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Енергија електрона износи \(4{,}8 \cdot 10^{-19}\text{ J}\). Израчунати ову енергију у електронволтима (\(\text{eV}\)).
Користимо релацију \(1\text{ eV} = 1{,}6 \cdot 10^{-19}\text{ J}\):
\[ E = \frac{4{,}8 \cdot 10^{-19}\text{ J}}{1{,}6 \cdot 10^{-19}\text{ J/eV}} = 3\text{ eV} \]
Одговор: Енергија износи \(3\text{ eV}\).
Задатак 2 (средњи): Приликом спајања плочица од метала \(M_1\) и \(M_2\), долази до преласка електрона са метала \(M_1\) на метал \(M_2\). Какав је однос њихових излазних радова \(A_1\) и \(A_2\) и који метал добија позитиван потенцијал?
Електрони увек спонтано прелазе из метала са мањим излазним радом у метал са већим излазним радом. Према томе:
- Излазни рад метала \(M_1\) је мањи од излазног рада метала \(M_2\) (\(A_1 < A_2\)).
- Метал \(M_1\) губи негативно наелектрисање (електроне), те на њему остаје вишак позитивног наелектрисања, па он поприма позитиван потенцијал.
Задатак 3 (тежак): Затворено коло сачињено је од гвоздене и бакарне жице спојене на крајевима \(A\) и \(B\).
а) Шта ће се догодити са струјом у колу ако се оба споја истовремено загреју са \(20\text{ }^\circ\text{C}\) на \(100\text{ }^\circ\text{C}\)?
б) Како треба изменити температуре спојева да би струја потекла?
а) Шта ће се догодити са струјом у колу ако се оба споја истовремено загреју са \(20\text{ }^\circ\text{C}\) на \(100\text{ }^\circ\text{C}\)?
б) Како треба изменити температуре спојева да би струја потекла?
а) Струја неће протицати. Контактни напони на оба споја биће једнаки јер су им температуре једнаке (\(T_A = T_B = 100\text{ }^\circ\text{C}\)), па се њихова дејства међусобно поништавају.
б) Да би струја потекла, неопходно је створити разлику у температури између спојева (на пример, спој \(A\) одржавати на \(0\text{ }^\circ\text{C}\), а спој \(B\) загревати на \(100\text{ }^\circ\text{C}\)).
б) Да би струја потекла, неопходно је створити разлику у температури између спојева (на пример, спој \(A\) одржавати на \(0\text{ }^\circ\text{C}\), а спој \(B\) загревати на \(100\text{ }^\circ\text{C}\)).
